MUTATII - Tipuri. Mecanisme de producere

MUTATII - Tipuri. Mecanisme de producere

Mutatiile reprezinta orice modificare in secventa sau aranjarea nucleotidelor in structura ADN-ului.

CLASIFICARE

In functie de marimea materialului genetic implicat, mutatiile pot fi:

1. mutatiile genice - afecteaza secventa de nuleotide a unei gene. Aceste mutatii pot interesa fie intreaga gena, fie doar o parte din ea respectiv cateva nucleotide (mutatii punctiforme) formand o varianta alelica a unei gene normale.

Frecventa mutatiilor genice este de 10 la -5 10 la -6 per locus si per generatie.

2. mutatiile cromozomiale - determina modificari in    structura cromozomilor, respectiv in ordinea liniara a genelor pe cromozom. Aceste mutatii apar cu o frecventa de 10 la -4 de diviziune celulara

3. mutatiile genomice sunt determinate de rearanjamente cromozomiale mari, multiple care pot interesa seturi diploid de cromozomi. Au o frecventa de 10 la -2 de diviziune celulara

In functie de tipul de celule afectate:

1. Germinale - ereditare

2. Somatice- care nu sunt transmisibile la descendenti ducand la aparitia mozaicismului celular

In functie de cauza, mutatiile pot fi:

- spontane

- induse

Mutatiile spontane sunt produse ca rezultat al unor procese naturale ale celulei. Acestea sunt de mai multe tipuri:

Primul mecanism prin care pot aparea mutatiile spontane sunt erorile de copiere care apar in cursul replicarii ADN-ului ducand la aditia incorecta a unor nucleotide care scapa activitatii de corectie ADNpolimerazei.

Un alt mecanism sunt modificarile structurale ale bazelor azotate prin fenomene de tautomerizare. Bazele azotate sunt capabile sa existe in 2 forme interconvertibile. De exemplu, guanina poate exista in forma ceto care este forma de electie sau in forma enoli. Izoformele au proprietati diferite de imperechere acest lucru ducand la aparitia mutatiilor. Mutatiile aparute prin fenomene de tautomerizare sunt de tip tranzitii.

Un alt mecanism de aparitie a mutatiilor spontane este degradarea spontana a bazelor azotate. De exemplu, dezaminarea citozinei in uracil care este usor de detectat in mecanismele reparatorii sau dezaminarea metil-citozinei in timina.

Alterarea bazelor azotate sub actiunea radicalilor liberi de O2.

Mutatii frameshift spontane.

Mutatii induse - produse sub actiunea agresiva a unor mutatii exogene.

Dupa actiunea fenotipilor, mutatiile pot fi:

- neutre

- nefavorabile

- defavorabile

Mutatiile neutre nu duc la modificarea fenotipului, determina variante alelice ce alcatuiesc polimorfismul ADN-ului.

Mutatiile favorabile determina o mai buna adaptare a organismului la mediul inconjurator.

Mutatiile defavorabile sau patogenice sunt cele mai frecvente si duc la modificari fenotipice evidente.

Fcatorii mutagenici

Un factor mutagen este reprezentat de orice agent natural sau creat de om fizic sau chimic care poate altera structura ADN-ului.

Agenti mutageni chimici - au fost mentionati pentru prima data in 1942 si de atunci au fost descoperite numeroase substante cu efecte nocive asupra materialului genetic.

1. Analogi ai bazelor azotate

Structura lor se aseamana cu cea a bazelor azotate astfel incat ele pot fi incorporate in structura ADN-ului in timpul replicarii. Analogii bazelor azotate duc de asemenea la aparitia tranzitiilor.

Exemple: brom-uracilul care seamana cu timina

Amino-purina care seamana cu adenina

2. Mutageni chimici care altereaza structura si proprietatile bazelor azotate.

Acidul nitric care este produs prin metabolizarea nitritilor, adica a conservantilor din alimente.

Nitrozoguanidine de tipul metil-etan-sulfonat, etil-metan-sulfonat care determina mutatii prin aditia unei grupari metil sau etil la bazele azotate.

Agentii intercalanti de tipul acridin-orange, profladin sau bromura de etiliu; acestia sunt fie coloranti folositi in laborator sau intra in componenta vopselurilor. Agentii intercalanti sunt molecula mare care interactioneaza cu bazele azotate interpunandu-se intre acestia si determinand alungirea artificiala a catenei.

3. Mutageni fizici

Radiatiile au fost primul mutagen cunoscut. Efectele lor nocive fiind descrise in anii `20.

Radiatiile ultraviolete-produc dimeri pirimidinici, adica se stabilesc legaturi covalente intre 2 pirimidine alaturate intr-o catena.

Radiatiile ionizante de tipul X, gamma - produc rupturi mono sau dicatenare. La om radiatiile ionizante provenite din surse naturale, profesionale, medicale, accidentale au consecinte genetice mici pemtru ca interventia mecanismelor reparatorii e eficienta. Daca totusi aceste radiatii duc la aparitia unor mutatii acestea au transmitere recesiva.

Mutatii care sunt determinate de modificari ale unei secvente care implica unul sau doar cateva nucleotide, determinand microleziuni in structura ADN-ului.

Mutatii care implica schimburi intre secvente non alelice si care duc la aparitia de macroleziuni in structura ADN-ului.

In functie de modificarea produsa in secventa de nucleotide, mutatiile pot fi:

- substitutii

- deletii

- insertii

- recombinari genice aberante

- expansiunea instabila a repetitiilor trinucleotidice

Substitutii

Tranzitiile apar atunci cand o purina este inlocuita de o purina sau o pirimidina de o pirimidina.

Transversiile apar atunci cand o purina este inlocuita cu o pirimidina sau invers.

Substitutia unui nucleotid determina aparitia unei mutatii punctiforme. Consecintele acestor mutatii depind de locul din structura genei in care apare modificarea.

Daca modificarea apare la nivelul regiunilor codante:

se poate intampla sa fie o mutatie silentioasa - substitutia unei baze azotate cu alta duce la aparitia unui codon sinonim si acest lucru nu va modifica structura finala a proteinei.

Inlocuirea unei baze azotate cu o alta duce la aparitia unui alt codon sens, acest lucru va duce la modificarea structurii finale a proteinei iar acestea se numesc mutatii cu sens gresit.

Daca inlocuirea unei baze azotate cu alta duce la aparitia unui codon stop prematur acest lucru determina aparitia unei proteine trunchiate

Mutatiile aparute la nivelul regiunii non codante determina modificari ale siturilor de splicing respectiv situsul donor 5' GT sau acceptor 3' AG ducand fie la pastrarea in ARN-ul mesager matur al unor introni, fie excizia unor exoni din acelasi ARN mesager matur.

Daca mutatia apare la nivelul regiunilor reglatorii modifica rata transcriptiei sau stabilitatea moleculei de ARN.

Deletiile si insertiile

- pot aparea la nivelul unor secvente scurte de ADN repetate prin mecanismul de alunecare sau de glisare a polimerazei. Daca polimeraza aluneca inapoi se produc insertii, daca polimeraza aluneca inainte se produc deletii.

Daca deletiile sau insertiile sunt multiplu de 3 acest lucru duce la aditia sau pierderea unor aminoacizi in proteina finala.

Daca deletiile sau insertiile nu sunt cu multiplu de 3 de nucleotide acest lucru duce la decalarea cadrului de lectura, adica la aparitia asa numitelor mutatii frameshift.

Recombinari genice aberante

- se pot realiza prin 2 mecanisme:

1. recombinare omoloaga non alelica se realizeaza prin schimbul intre secvente asemanatoare de ADN, dar situate in amplasari diferite pe cromozomi. Acest mecanism se produce special in profaza meiozei primare atunci cand intre 2 cromozomi omologi au loc fenomene de crossing-over inegal care determina modificarea uneia sau ambelor cromatide

2. recombinare neomoloaga non alelica intre secvente ce nu prezinta sau prezinta o foarte mica omologie de structura.

Expansiunea instabila a repetitiilor trinucleotidice

- duce la aparitia mutatiilor dinamice si exista in prezent aproximativ 10 boli genetice determinate de mutatiile instabile. Aceste afectiuni sunt determinate de expansiunea instabila a unui segment de ADN care contine repetitie de 3 nucleotide adiacente. Pe masura ce gena trece de la o generatie la alta numarul de repetitii creste progresiv pana cand atinge un anumit nivel prag, moment in care apar modificarile fenotipice. Mutatiile instabile sau cresterea numarului de repetitii trinucleotidice in gametogeneza determina o precocitate a momentului de debut al bolii, o crestere a riscului de aparitie a manifestarilor bolii si o crestere a severitatii simptomelor. Acest fenomen se numeste anticipatie.

Mecanismul prin care se produc aceste mutatii dinamice nu este pe deplin elucidat; se pare ca apar prin fenomenul de alunecare sau glisare a polimerazei.

Consecinte fenotipice ale mutatiilor:

I. Mutatii cu pierderea functiei - stau la baza majoritatii afectiunilor metabolice cu transmitere recesiva

II. Mutatii cu castig de functie - sunt rare, determina fie cresterea nivelului de expresie a proteinei, fie cresterea capacitatii proteinei de a-si exercita functia normala.

Ex.: activarea permanenta a unui receptor in absenta ligantului

III. Capatarea de catre proteina mutanta a unor proprietati noi prin mecanisme diferite fie prin modificarea proprietatilor structurale ale proteinei care tinde sa polimerizeze sau sa agrege.

IV. Achizitia unei functii noi

Ex.: varianta mutanta alfa-1-antitripsinei care nu mai functioneaza ca inhibitor al elastazei ci ca inhibitor al factorilor de coagulare.

V. Producerea unor proteine toxice pentru organism

VI. Expresia inadecvata a genei ca timp(expresie heterocronica) si ca spatiu (ectopica)